厄介な分散系を手懐けるコツ

微粒子/ナノ粒子分散系は、もともと取り扱いの厄介な分散系ですが、中でも濃厚/非水/多成分系は、それぞれ特有の諸問題を抱えていますから、分散 (ぬれ) ・安定化だけをとっても一筋縄ではいきません。たとえば濃厚系では、隣接粒子群の多体効果のため静電安定化は難しく、その傾向は非水系でより著しくなります。また非水系におけるぬれ性や分散剤の溶解性・吸着性、および多成分系における粒子のヘテロ凝集性・充填特性や樹脂の相分離性・フィラー局在性も課題として挙げられます。　このような多くの課題に対処するためには、溶媒、粒子表面および分散剤/樹脂の諸特性の中でも、溶解度パラメータ (SP値・HSP値) を中心に、その兄弟分に当たる表面エネルギーや酸塩基度などの活用が欠かせません。そのうえで、最近のポリマーブラシによる分散 (ぬれ) 安定化理論を踏まえて、溶媒/分散剤/チキソ剤の最適選択および粒子の表面修飾とその評価を行う必要があります。

分散系の厄介な点
1. 微粒子分散系の調製プロセス
  - 分散 (ぬれ)
  - 安定化
  - 撹拌
  - ミーリングの要点
2. 濃厚系の問題点
  - 粒子表面積の増大
  - 粒子間距離の短縮
  - ゲル構造の形成
  - 多体効果
3. 非水系の問題点
  - 溶媒の低比誘電率
  - ぬれ性
  - 分散剤/樹脂の溶解性
4. 多成分系の問題点
  - 樹脂の相分離性・フィラー局在性
  - 粒子のヘテロ凝集や粒子充填性
厄介な分散系を手懐けるためのツール
1. 溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の基礎と求め方
  1. HildebrandのSP値とHansenのSP値 (HSP値)
    - 相互作用距離
    - 相互作用パラメータ
    - Hansen球
    - Teas線図とてこの法則
  2. 分散剤・界面活性剤のSP値/HSP値の求め方
    - 原子団寄与法
      - Fedors法
      - vKH法
      - Hoy法
      - Stefanis & Panayiotou法
    - HSPiPの利用法
    - 溶解・膨潤法
      - Hansen球法
      - 固有粘度法など
    - インバースガスクロマトグラフ (IGC) 法
  3. 粒子表面のSP値/HSP値の求め方
    - 凝集・沈降法
      - 分散濃度法
      - 界面沈降速度法
    - 接触角法
    - IGC法
    - パルスNMR法
2. 表面張力/表面エネルギーの測定法
  1. 表面張力/界面張力と成分項の測定法
    - リング法
    - ウイルヘルミー法
    - ペンダントドロップ法
    - スピニングドロップ法
  2. 粒子の表面エネルギーと成分項の測定法
    - 接触角法
      - 液滴法
      - 薄層浸透法
      - 両面テープ法
    - IGC法
3. 粒子表面/分散剤の酸塩基性と測定法
  - Sorensenの定義
  - 酸価とアミン価
  - 滴定法
  - 等電点
  - IGC法
  - 酸塩基相互作用パラメータ
厄介な分散系に適した分散 (ぬれ) 安定化の考え方
1. ぬれ性の考え方およびそのコントロールと評価例
  1. ぬれ性の基礎
    - 表面張力
    - 表面エネルギーと成分分け
    - Young-Dupre式
    - 付着仕事
    - 界面張力
  2. ぬれ性のコントロールとその評価例
    - Hansen球法
      - グラフェン
      - 表面修飾TiO2の分散化
    - 導電性接合材料
    - パルスNMR法
    - 浸漬ぬれとwetting envelope (薄膜太陽電池)
    - wetting coefficientとフィラー局在性
2. 粒子間に働く引力とHamaker定数
  - 有効Hamaker定数
  - 枯渇引力
  - 疎水性引力
3. 粒子間に働く静電反発作用
  - DLVO理論
  - 拡散電気二重層
  - ゼータ電位とその測定法
  - 多体効果
  - ヘテロ凝集
4. 粒子間に働く分散剤による立体反発作用
  - 浸透圧効果・体積制限効果
  - HVO理論
  - 溶媒力
  - AdG (ポリマーブラシ) 理論
  - 静電立体反発作用
分散剤・チキソ剤の選択指針と適用例
1. 分散剤の働きと選択指針
  1. 分散剤構造と吸着形態
    - ランダム型
    - ブロック型
    - グラフト型
    - リビングラジカル重合
    - 最適分子量
    - 良溶媒の選択
  2. 分散剤の吸着性と最適添加量
    - 酸塩基相互作用
    - 疎水性相互作用
    - 吸着等温線
    - 最適添加量
2. チキソ (粘弾性調整) 剤の働きと選択指針
  - チキソ剤の役割
  - 高分子型チキソ剤
  - 会合型チキソ剤
  - 粒子型チキソ剤
粒子の表面修飾とその評価例
1. 界面活性剤の働きと選択指針
  1. 界面活性剤の種類と吸着形態
    - HLB値の求め方と利用
    - 種類と吸着形態
    - 親水化・疎水化
    - 二層吸着膜による安定化
  2. 自己組織化単分子膜による表面修飾とその評価例
    - 化学吸着法
    - 脂肪酸によるマグネタイトの分散安定化
    - PPコンポジット
    - 高熱伝導材料
2. カップリング法による表面修飾とその評価例
  - 反応機構
  - 適用材料
  - 処理法
  - ゼオライト包埋膜
  - レジンコンクリート調製
3. グラフト法による表面修飾とその評価例
  - Grafting-from法
  - Grafting-to法
  - ポーラスカーボンのグラフト化と分散
厄介な分散系にふさわしい分散・凝集試験法
1. フロック (凝集粒子) 径法
  - 顕微鏡画像処理法
  - 粒度ゲージ法
  - 超音波減衰分光法
2. 凝集・沈降法
  - 分散濃度法
  - 重力・遠心沈降法
  - 沈殿体積法
  - 毛管吸引時間 (CST) 法
3. レオロジー法
  - 流動曲線
  - 降伏値
  - チキソトロピー指数
  - 動的粘弾性と粘弾性体の種類

質疑応答

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